Автореферат (Щёточные уплотнения в роторных системах авиационных двигателей), страница 2

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-техническихконференциях: школа-семинар «Современные проблемы механики и прикладной математики» (Воронеж, 2000); Всероссийская научно-техническая конференция «Прикладные задачи механики и тепломассообмена в авиастроении» (Воронеж, 2001); Международная научно-техническая конференция«Авиакосмические технологии» (Воронеж, 2002); Международная научнотехническая конференция «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (Самара, 2003); Международный симпозиум «Актуальные проблемы машиностроения и механики сплошных и сыпучих сред» (Москва, 2004); EDF & LMS Poitiers Workshop on Advanced Topics and TechnicalSolutions in Dynamic Sealing (Futuroscope, France, 2005); Международныйнаучный симпозиум «Гидродинамическая теория смазки—120 лет» (Орел,2006); 9th International Conference on Motion and Vibration Control (Munich,Germany, 2008); 7th EDF & LMS Poitiers Workshop on Operational Limitsof Bearings (Futuroscope, France, 2008); IMechE International Conference onVibrations in Rotating Machinery (Exeter, UK, 2008; London, UK, 2012); 10thIMechE European Fluid Machinery Congress (Amsterdam, The Netherlands,2008); ASME Turbo Expo (Berlin, Germany, 2008; Orlando, FL, USA, 2009;9Glasgow, UK, 2010; Copenhagen, Denmark, 2012; San Antonio, TX, USA, 2013;Düsseldorf, Germany, 2014; Montreal, Canada, 2015); 6th AIAA MultidisciplinaryDesign Optimization Specialist Conference (Orlando, FL, USA, 2010); IFToMMInternational Conference on Rotor Dynamics (Seoul, South Korea, 2010; Milan,Italy, 2014); школа-семинар «Использование CAD/CAE систем при создании изделий авиационной и ракетно-космической техники» (МАИ, 2012);10th European Conference on Turbomachinery (Lappeenranta, Finland, 2013);50th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference (Cleveland, OH,USA, 2014); EUROMECH Colloquium 573 “Coupling and Nonlinear Interactionsin Rotating Machinery” (Lyon, France, 2015); научно-техническая конференция «Климовские чтения.

Перспективные направления развития авиадвигателестроения» (Санкт-Петербург, 2015); 14-я Международная конференция«Авиация и космонавтика» (Москва, 2015); а также на семинарах кафедры203 «Конструкция и проектирование двигателей» и заседаниях Учёного совета факультета № 2 «Двигатели летательных аппаратов» МАИ.Публикации. По теме диссертации опубликовано более 60 научных работ, включая 1 монографию; 17 статей в рецензируемых научных журналах,входящих в Перечень ВАК РФ или удовлетворяющих критериям для включения в Перечень; 14 статей в других изданиях, входящих в системы Webof Science и Scopus; а также 3 патента и 4 свидетельства о государственнойрегистрации программ для ЭВМ.Личный вклад автора.

Содержание диссертации и положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в проведённые исследования. Подготовка к публикации результатов проводилась совместно с соавторами, причем вклад диссертанта был определяющим. Все представленные вдиссертации результаты, если не указано обратное, получены лично автором.Структура и объём работы.

Диссертация состоит из введения, 7 глав,заключения, списка литературы и 4 приложений. Общий объём диссертациисоставляет 498 страниц, включая 178 рисунков и 51 таблицу. Библиографиявключает 399 наименований ссылочной литературы на 44 страницах.10КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении содержится обоснование актуальности темы, описаны объект и предмет исследования, сформулированы цель и задачи работы, показаны её научная новизна и практическая ценность, приведены сведения обапробации полученных результатов и структура диссертации.Глава 1.

Уплотнительные узлы роторов турбомашин как объектисследованияГлава служит введением в тему исследования. Приведён обзор работиз области уплотнительной техники и динамики роторов. Акцент сделан науплотнения с податливыми элементами (щёточные, листовые, пальчиковые,лепестковые).Щёточные уплотнения являются наиболее развитой к настоящему времени технологией уплотнений с податливыми элементами (см.рис. 1). Щёточные уплотнения (ЩУ) уже нашличастичное применение в турбомашинах за рубежом.

Однако для достижения зрелости даннойтехнологии, необходимой для её более широкого применения, использования на ответственныхпозициях, а также для её внедрения в отечественных разработках, требуются расширенные иссле-Рис. 1. Фотография фраг-дования.мента щёточного уплотненияОсновная часть главы посвящена обобще-нию результатов проведённого обзора литературы. Большой вклад в развитие уплотнительной техники был внесён следующими авторами: А. И. Белоусов, А.

В. Иванов, В. А. Марцинковский, В. В. Кудрявцев, А. А. Ломакин,Ю. А. Равикович, Ю. М. Темис, С. В. Фалалеев, Д. Е. Чегодаев, J. Alford,M. F. Aksit, M. Arghir, S. Beichl, M. J. Braun, J. W. Chew, D. W. Childs,R. E. Chupp, P. Crudgington, M. Demiroglu, G. Franceschini, R. C. Hendricks,K. Kwanka, M.

P. Proctor, E. J. Ruggiero, L. San Andrés, J. A. Tichy, H.J. Thomas, J. M. Vance и др.11Анализ работ позволяет вывести нижеследующие основные заключения.• Щёточные уплотнения значительно превосходят стандартные лабиринтные уплотнения в минимизации утечек.• Наличие подвижных упругих элементов (волокон) делает поведение ЩУдовольно сложным и зависимым от геометрических параметров, а такжемеханического и аэродинамического состояния уплотнительного узла.• Правильный выбор конструкции щёточного пакета и рабочих параметров узла позволяет ограничить износ волокон.

Ряд работ отмечает возможные проблемы с неустойчивым поведением щёточных уплотнений ис неудовлетворительной воспроизводимостью характеристик.• Динамические коэффициенты щёточных уплотнений и их влияние надинамику ротора являются практически неисследованной областью.Небольшое число лабораторных исследований демонстрировали в целом благоприятные коэффициенты жёсткости и демпфирования ЩУ.Однако опыт использования щёточных уплотнений в натурных условияхговорит о возможном ухудшении динамики системы.• Волокна щёточного уплотнения изготавливаются, как правило, из жаропрочных сплавов. Применение синтетического волокна позволяет достичь дополнительного уменьшения утечек из-за использования нитименьшего диаметра.

Однако недостаточная жёсткость набора синтетических волокон затрудняет восстановление пакета после деформации.По сравнению с металлическими щёточными пакетами синтетическоеволокно имеет ограничение на максимально допустимую температуру.• При моделировании широкое распространение получили подходы, в которых щёточный пакет представляется как пористая среда. Главнымограничением при этом является пренебрежение механическими характеристиками волокон. Использование связанных моделей механики иаэродинамики с дискретной структурой щёточного пакета осложняетсябольшим количеством волокон в типичном щёточном уплотнении.12Глава 2.

Конструкции и принципы функционирования уплотнений турбомашинВ главе приводится классификация уплотнительных узлов, применяемых в турбомашиностроении, описаны принципы работы, отмечены преимущества и недостатки отдельных типов. Подробно рассмотрены щёточныеуплотнения, проведён анализ основных эффектов, возникающих в процессеэксплуатации. Обобщён опыт использования щёточных уплотнений в авиационных двигателях. В конце главы представлены конструкции уплотнительныхузлов, исследованных в рамках данной работы.В укрупненной классификации уплотнительных узлов в качестве основных типов выделены контактные и бесконтактные уплотнения, а также уплотнения с упругими элементами. Статические, гидродинамические и разделительные уплотнения дополняют укрупнённую классификацию.

Вторая классификация уплотнений, в которой более подробно рассмотрены уплотнения,представляющие интерес в рамках данной работы, приведена на рис. 2.Щёточное уплотнение состоит как правило из щёточного пакета и защитного и упорного колец, образующих обойму. Пакет уплотнения составлениз большого числа тонких волокон, расположенных под углом в окружномнаправлении, которые либо скреплены между собой с помощью обруча (механическое крепление), либо соединены с использованием сварки.